使用二进制码应用於无线感测器网路之分散式高能源效率...

1使用二進制碼應用於無線感測器網路之分散式高能源效率決策融合DistributedEnergy-EfficientDecisionFusionusingBinarycodesinWirelessSensorNetwork指導教授：鄭文凱博士學生：蔡志昇2Outline•Introduction•Binaryhypothesis之運用系統架構Mute機制FusionRule模擬結果•Conclusion•Reference3Introduction•何謂無線感測器網路低電力、低成本的多功能感測器短距離的無線通訊具有自行處理資料的能力方便又快速的組成網路•無線感測器網路有一個重要的功用，就是將各個獨立的感測器所做的偵測結果，經由一個融合中心，把結果融合在一起。4無線感測器網路的應用•軍事應用在友軍的人員或裝備上加裝感測器以供辨識。監控戰場的狀態，因為感測器微小且便宜，可以大量散佈在戰場上，趁敵軍尚未完全消滅時達到偵查敵軍的任務。•環境應用環境的監控，如火災，化學污染，提供發生地點及範圍最快的訊息。當環境具有危險時，不需人員進入，感測器能深入監控並發出警報，以確保人員安全。5無線感測器•感測器很小所以受到許多限制感測器的電力來源通常是電池，所以電力限制了感測器的工作時間。感測的CPU能力有限，不能負荷太大的計算量。感測器網路中的感測器可能很多，所以頻寬也受限制。•電力消耗可分為三大部分感測器在觀測時的消耗。感測器CPU做計算時的消耗。感測器把觀察值傳送到FusionCenter。6Binaryhypothesis之應用•系統架構7•Mute機制Sensormute區間為1：1mute區間為2：1dzHzPHPdzHzPHPPTTTTmute1100)|()()|()(dzHzPHPdzHzPHPPTTTTmute211200)|()()|()(出現判斷不信賴區間出現判斷10yHnEnHnEibiibi出現判斷不信賴區間出現判斷10*1,20,2,1uHTZTZTHTZiiii8•FusionRuleEqualGainCombiningFusionRule定義:NiiyN112||if,0,2||if,0,u11100biNiibiNiiEyyHEyyHi*iinyu9MAJORITYFusionRule2Eif,12E||if,02Eif,1ubbbiiiiyyy3u,3u,random3u,u111100NiiNiiNiiHH0u,0u,random0u,u111100NiiNiiNiiHH10•有無mute之比較SNR=1000.10.20.30.40.50.60.70.80.910-510-410-310-210-1muterateerrorprobabilityMAJ-falseEGC-falseMAJ-missEGC-miss111.有21個sensor，每個sensor都做一次觀察並傳送判斷結果給FC，(Sensormute區間為2:1，MAJORITYrule決策方式用-3來當作bound，EGCrule決策方式用0來當作bound)00.10.20.30.40.50.60.70.80.9110-710-610-510-410-310-210-1100muterateerrorprobabilityH0送的能量為-E,H1為+EMAJ-falseEGC-falseMAJ-missEGC-miss00.10.20.30.40.50.60.70.80.9110-710-610-510-410-310-210-1100muterateerrorprobabilityH0送的能量為-E/2,H1為+EMAJ-falseEGC-falseMAJ-missEGC-miss00.10.20.30.40.50.60.70.80.9110-710-610-510-410-310-210-1100muterateerrorprobabilityH0送的能量為-E,H1為+2EMAJ-falseEGC-falseMAJ-missEGC-miss12為了要分析以上的模擬結果，做以下的模擬。因為在highsnr底下，FC端幾乎不會判斷錯誤，所以在H0底下只須找出了sensor端的PcPePmute分別為多少即可。(Sensormute區間為2:1)00.10.20.30.40.50.60.70.80.9110-310-210-1100muterateprobabilityH0底下Pc,Pe,PmutePc=Ph0Pe=Ph1Pmute13由上圖可知：在muterate=0的時候，Pc=Ph0=0.841334Pe=Ph1=0.158666Pm=0。也就是說，21個sensor在H0底下做判斷會有21*Pc個(約18個)判斷為H0(正確)，有21*Pe個(約3個)判斷為H1(錯誤)，沒有mute。由數學式1，2得知，當感測器本身就判斷錯誤，將H0判斷成H1，而又加大H1的power去傳送，這樣反而增加了錯誤的能量，error也從原本的放大到。所以增加H1的能量，雖然降低了miss，但也同時提高了falsealarm的機率，跟原本打算提高H1的power來降低miss跟falsealarm的機率的想法是無法實現的(主要是看EGC即可)2122*3182:1(error)H:)H0(correctH0115318:1(error)H:)H0(correctH0bbbbbbbbbbEEEEEEEEEE底下在底下在bE3bE6142.有21個sensor，每個sensor都做一次觀察並傳送判斷結果給FC3.有21個sensor，每個sensor都做一次觀察並傳送判斷結果給FC先判斷出H0或H1，再把取mute後剩下的取中間值來當Thresholdthresholdnobservatioif,2thresholdnobservatioif,thresholdnobservatioif,2thresholdnobservatioif,10bbbbEEHEEH15lowsnr底下方法二跟三的結果highsnr底下方法二跟三的結果00.10.20.30.40.50.60.70.80.9110-710-610-510-410-310-210-1100muterateerrorprobability00.10.20.30.40.50.60.70.80.9110-710-610-510-410-310-210-1100muterateerrorprobabilitysnr=10,MAJ-false(2)snr=10,EGC-false(2)snr=10,MAJ-miss(2)snr=10,EGC-miss(2)snr=10,MAJ-false(3)snr=10,EGC-false(3)snr=10,MAJ-miss(3)snr=10,EGC-miss(3)164.有21個sensor，每個sensor都做20次觀察並傳送判斷結果給FC，判斷的種類為，H1累加值+1、H0累加值-1、mute累加值+0，最後把20次結果做統計，+1(H1)比較多就送否則5.有21個感測器，每個感測器都做20次觀察，判斷的種類為，H1累加值+1、H0累加值-1、mute累加值+0，最後將20次判斷結果加起來傳送給FC(e.g.,任何一個感測器的起始值count=0，如果分別判斷20次的結果為、H1H1和mute的話；count=1+1+0，則sensor送出)bEbEcount*20bbEE17lowsnr底下方法六跟七的結果highsnr底下方法六跟七的結果0.550.60.650.70.750.80.850.90.95110-710-610-510-410-310-210-1100muterateerrorprobabilitysnr=1,MAJ-false(4)snr=1,EGC-false(4)snr=1,MAJ-miss(4)snr=1,EGC-miss(4)snr=1,MAJ-false(5)snr=1,EGC-false(5)snr=1,MAJ-miss(5)snr=1,EGC-miss(5)0.820.840.860.880.90.920.940.960.98110-710-610-510-410-310-210-1100muterateerrorprobabilitysnr=10,MAJ-false(4)snr=10,EGC-false(4)snr=10,MAJ-miss(4)snr=10,EGC-miss(4)snr=10,MAJ-false(5)snr=10,EGC-false(5)snr=10,MAJ-miss(5)snr=10,EGC-miss(5)18•Conclusion我們在binary的系統架構底下，找到了一些方法，成功的把發生falsealarm跟miss的機率同時都降低了，甚至沒有miss的發生，不僅能利用mute的方式來達到節省能源，也可達到節省能源的目的。19Reference•[1]B.Chen,R.Jiang,T.Kasetkasem,andP.K.Varshney,“Channelawaredecisionfusioninwirelesssensornetworks,”IEEETrans.SignalProcessing,vol.52,no.12,pp.3454-3458,December2004.•[2]J.Chen,“Distributedenergy-efficientdecisionfusioninwirelesssensornetworks,”Masterthesis,NCNU,July2005.20Thanksforyourattention